本發(fā)明涉及煤礦綜采工作面超前巷道支護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超前液壓支架柔性接頂方式及頂梁結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著煤炭資源綜合機(jī)械化和智能化開采的發(fā)展，以及深部開采復(fù)雜條件超前巷道圍巖控制難度的增大，為保障綜采工作面兩端頭支護(hù)安全，采用超前液壓支架支護(hù)超前巷道成為發(fā)展趨勢。當(dāng)前實(shí)際投入應(yīng)用的超前液壓支架分為兩類，一類是交替邁步式，另一類是后架倒前架的循環(huán)倒架式。交替邁步式超前液壓支架移架速度快，但由于存在反復(fù)支撐問題，造成對頂板的過度擾動和破碎；循環(huán)倒架式減少了反復(fù)支撐次數(shù)，但尚缺少有效的搬移方式，效率相對較低。兩者共同的特點(diǎn)是采用分組布置，整體頂梁結(jié)構(gòu)。回采巷道頂板為不平整狀態(tài)，初撐力過大或來壓時(shí)，因接局部接觸實(shí)際比壓遠(yuǎn)大于按照完整頂梁平面接觸計(jì)算值，造成接觸區(qū)域瞬間沖擊或比壓過大而破碎，進(jìn)而影響周圍錨桿構(gòu)件的預(yù)緊力；同時(shí)，整體頂梁會直接破壞原有錨網(wǎng)巷道錨索、錨桿結(jié)構(gòu)體或支護(hù)系統(tǒng)。因此錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)無法和超前液壓支架協(xié)同發(fā)揮作用，且在鋼絞線等破壞后無法完成退錨等后續(xù)作業(yè)工藝?，F(xiàn)場在整體頂梁上鋪設(shè)橡膠墊等接頂手段適應(yīng)性差，無法從根本上解決上述問題；專利201410503266.8公布了一種沖擊地壓巷道邁步式吸能防沖支架，主要是為了提高超前支架抗沖擊性，其在頂梁上設(shè)置的液壓立柱，起到了避讓錨索作用，但各立柱之間并沒有明確的關(guān)聯(lián)，無法起到柔性支護(hù)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有柔性接頂功能的超前液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)超前巷道凹凸不平頂板條件及錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明在交替邁步式或循環(huán)倒架式超前液壓支架整體頂梁基礎(chǔ)上離散布置單列或多列接頂液壓支座，每個(gè)頂梁上的液壓支座組成一個(gè)獨(dú)立的控制單元，其特征在于液壓支座下方和頂梁之間通過底座聯(lián)接，上方鉸接柱帽與巷道頂板接觸，且每個(gè)控制單元之間的液壓支座承壓腔之間并聯(lián)，形成柔性接頂單元。所述液壓支座單元可分為主動接頂和被動接頂兩種控制模式，主動接頂模式液壓支座采用雙作用液壓缸，每個(gè)柔性接頂單元內(nèi)的雙作用液壓缸的上腔和下腔（承壓腔）分別并聯(lián)起來，由換向閥通過液控單向閥集中控制，在雙作用液壓缸下腔連接有安全閥；被動接頂模式液壓支座采用單作用液壓缸，所述單作用液壓缸上腔為限位腔，下腔為承壓腔，柔性接頂單元內(nèi)的單作用液壓缸下腔之間并聯(lián)，由換向閥通過液控單向閥連接成集中控制單元，在液壓支座承壓腔同樣連接有安全閥。根據(jù)巷道頂板不平度和巷道錨索錨固點(diǎn)布局，確定每個(gè)柔性接頂單元的液壓支座數(shù)量、行程以及在頂梁上的布設(shè)位置，與超前液壓支架行走步距相配合實(shí)現(xiàn)柔性接頂和避錨功能。

本發(fā)明具體工作原理如下。

（1）初撐接頂。對于主動接頂模式，可將超前液壓支架其中一個(gè)頂梁升至或直接設(shè)定在某一高度，通過換向閥向?qū)?yīng)的柔性接頂單元內(nèi)各液壓支座下腔供液，各液壓缸活塞克服自身重力以及摩擦力向上舉升，由于運(yùn)動阻力的差異以及與巷道頂板距離的不同，各液壓支座將異步觸頂，由帕斯卡原理可知，最先與巷道頂板接觸的活塞接觸阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)將同步傳遞到其他液壓缸，由于相互連通的其他液壓缸仍在上升，壓力不會立即增大，待所有液壓支座均接頂或至行程末端時(shí)開始同步增壓至供液壓力，避免了單點(diǎn)直接觸頂?shù)膭傂越禹敔顟B(tài)。對于被動接頂模式，液壓支座內(nèi)可以通過換向閥預(yù)充一定量的液體，初撐時(shí)超前支架中部立柱帶動頂梁及上方的柔性接頂單元上升，與巷道頂板最近的液壓支座最先觸頂后，由于控制單元內(nèi)的連通效應(yīng)，頂梁繼續(xù)上升過程該液壓支座內(nèi)的液體將流至其他液壓支座內(nèi)，使其他液壓支座活塞伸出行程加大，系統(tǒng)內(nèi)壓力不會立即上升，待所有液壓支座活塞均與巷道頂板接觸或至行程末端時(shí)開始同步增壓至與中部立柱升力平衡狀態(tài)，若換向閥打開液控單向閥控制口超前支架中部立柱繼續(xù)舉升實(shí)現(xiàn)液壓支座的排液和復(fù)位。

（2）來壓承載。巷道頂板下沉或來壓過程，對于主動支撐或被動支撐模式，都是均壓承載狀態(tài)，柔性接頂單元內(nèi)的液壓支座同步增阻抵抗變形，由液壓支座柱帽多點(diǎn)均壓承載，避免產(chǎn)生局部壓力集中情況。

本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）對不平頂板的適應(yīng)性好，承壓均勻，有效避免了因頂板不平造成的應(yīng)力集中破壞；（2）有效避開了錨索，減少了對錨索、錨桿的破壞，實(shí)現(xiàn)錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)和超前支架的協(xié)調(diào)支護(hù)，；（3）柔性接頂單元布設(shè)密度和行程可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行安設(shè)，結(jié)構(gòu)方案實(shí)施和操作性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的超前液壓支架柔性接頂方式示意圖。

圖2是本發(fā)明圖1的A-A方向剖視圖。

圖3是柔性接頂單元主動接頂模式控制原理圖。

圖4是柔性接頂單元被動接頂模式控制原理圖。

圖中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：超前液壓支架組；Ⅳ:排頭超前支架；1：底座；2：中部立柱；3：頂梁；4：液壓支座；4-1：連接底座；4-2：液壓缸；4-3：柱帽；4’：雙作用液壓缸；4”：單作用液壓缸； 5：四連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)；6：推移千斤頂；7：上調(diào)架千斤頂；8：下調(diào)架千斤頂；9：錨索；10：換向閥；11:液控單向閥；12：安全閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

圖1和圖2為某回風(fēng)巷超前液壓支架柔性接頂支護(hù)工作示意圖，采用了邁步式超前液壓支架作為柔性接頂單元的承載體。本實(shí)施例中的邁步式超前液壓支架組由兩列3組并排的超前液壓支架和1組排頭超前支架構(gòu)成，超前液壓支架底座1和頂梁3之間設(shè)有兩根中部立柱2和四連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)5，3組超前支架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ底座前后之間、以及超前支架組Ⅲ底座和排頭超前液壓支架Ⅳ底座之間通過推移千斤頂6連接，并排的兩列超前支架頂梁3之間通過上調(diào)架千斤頂左右聯(lián)接，底座1之間通過下調(diào)架千斤頂左右聯(lián)接。所述超前液壓支架組頂梁3上分別安設(shè)單排液壓支座4，液壓支座4的間距設(shè)置保證和錨索9的布設(shè)點(diǎn)交錯(cuò)開，每架超前液壓支架頂梁3上的液壓支座構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的柔性接頂單元。本發(fā)明所述的液壓支座4除液壓缸4-2外，還包括與頂梁3固接的底座4-1以及和液壓缸4-2鉸接的柱帽4-3，其特征在于液壓支座承壓腔并聯(lián)，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分為離散布置狀態(tài)。本發(fā)明所述的柔性接頂單元，可以采用主動接頂或被動接頂兩種模式進(jìn)行控制。

圖3是柔性接頂單元采用主動接頂模式控制原理，由雙作用液壓缸和控制閥件構(gòu)成，本實(shí)施例中柔性接頂單元內(nèi)的雙作用液壓缸4’上腔和下腔（承載腔）分別并聯(lián)連接，三位四通換向閥10通過液控單向閥11控制一組雙作用液壓缸4’，液控單向閥11的主回路和控制口分別與雙作用液壓缸4’的下腔和上腔連接，在雙作用液壓缸4’的下腔并聯(lián)安全閥12。

圖4是柔性接頂單元采用被動接頂模式控制原理，由單作用液壓缸和控制閥件構(gòu)成，本實(shí)施例中柔性接頂單元內(nèi)的單作用液壓缸4”承載腔并聯(lián)連接，三位四通閥換向閥10通過液控單向閥11控制一組單作用液壓缸4”，液控單向閥11的主回路與單作用液壓缸4”承壓腔連接，液控單向閥的11控制口直接接通換向閥10的另一工作口，在單作用液壓缸4”的下腔同樣裝有安全閥12。所述的單作用液壓缸4”，其特征是具有活塞限位功能，其下腔（承壓腔）與上腔（限位腔）之間連通，構(gòu)成差動模式。

本發(fā)明柔性接頂配合超前支架移架和支護(hù)動作分組進(jìn)行控制。對于主動接頂模式，將換向閥10置于圖3所示左位將液壓支座4’活塞收回，控制中部立柱2將頂梁3抬升到一定高度后停止，然后將換向閥10置于右位，各液壓支座活塞將在壓力液的作用下異步提升，待所有液壓支座柱帽與巷道頂板接觸或行程末端時(shí)開始同步增壓。對于被動接頂模式，通過換向閥10預(yù)先向單作用液壓缸4”承壓腔內(nèi)注入一定量的液體，然后控制中部液立柱2提升，與巷道頂板距離最短的液壓支座最先觸頂，然后將液體擠壓向其他液壓支座，在中部立柱的提升和活塞移動復(fù)合運(yùn)動作用下，各液壓支座全部完成接頂動作或至行程末端時(shí)，開始同步增壓。所述柔性接頂方式和頂梁結(jié)構(gòu)工作能夠適應(yīng)凹凸不平頂板、均勻平穩(wěn)承壓、同時(shí)有效避讓錨索。

上述實(shí)施例是對本發(fā)明的有效實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本方面的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神前提下，普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。